A burst type signal generator for ultrasonic motor control

• Autorzy: Eidukynas D. , Jūrėnas V. , Dragašius E. , Mystkowski A.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.4.2

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie piezogeneratora drgań elektrycznych do sterowania ruchem silnika ultrasonicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to investigate a novel burst type signal generator for controlling an ultrasonic motor (USM). For this purpose, an experimental burst type signal generator consisting of a shock exciter, a waveguide, a Langevin-type piezoelectric transducer and backing mass was designed and investigated. The proposed burst type signal generator allows to control a USM in stepper motion, rendering traditional signal generators and power supplies superfluous. The investigated burst type signal generator is designed for controlling a USM with a 20.2 kHz resonant frequency and allows to generate a burst type electric signal with the same frequency. In view of the fact that such a harvester does not require traditional power supply, it could be used as an impact energy harvester. Also, a simple scheme for improving shock exciter operation using an additional capacitor was proposed and investigated. Such a scheme allows to drive USM up to 30 steps instead of 1 per one electric charge of the additional capacitor.

PL

Niniejszy artykuł przedstawia badania nowatorskiego układu sterowania przemieszczeniem kątowym silnika ultrasonicznego za pomocą piezogeneratora drgań elektrycznych. W tym celu, został zaprojektowany oraz zbudowany piezogenerator drgań elektrycznych, który składa się z generatora drgań mechanicznych, przetwornika piezoelektrycznego typu Langevina i masy rezonansowej. Zastosowany piezogenerator drgań elektrycznych pozwala generować sygnały elektryczne o częstotliwości 20,2 kHz i tym samym umożliwia precyzyjne sterowanie krokowym piezosilnikiem ultrasonicznym. Dodatkowo, piezogenerator drgań elektrycznych pozwala na odzyskanie części energii drgań i przekształcenie energii mechanicznej na elektryczną, co z kolei umożliwia wyeliminowanie dodatkowych źródeł zasilania zewnętrznego. W pracy zrealizowano również drugi układ sterowania z zastosowaniem kondensatora włączonego w układ piezogeneratora sygnałów elektrycznych. Pozwoliło to na wydłużenie ilości generowanych krokowych przemieszczeń piezosilnika z 1 do 30 dla jednorazowego ładowania kondensatora piezogeneratora.

Słowa kluczowe

EN

ultrasonic motor control; micro-positioning system; burst type signal generator; shock generation; energy harvesting; increase of reliability

PL

układ sterowania ruchem silnika ultrasonicznego; układ mikro-pozycjonowania; piezogenerator drgań elektrycznych; generator drgań mechanicznych; układ odzyskiwania energii; piezoelektryczny silnik ultrasoniczny; zwiększenie niezawodności działania

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 4
• Strony: 488--491
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Eidukynas D.

• Institute of Mechatronics Kaunas University of Technology Studentu str., 56-106 Kaunas, Lithuania

autor

Jūrėnas V.

• Institute of Mechatronics Kaunas University of Technology Studentu str., 56-106 Kaunas, Lithuania

autor

Dragašius E.

• Faculty of Mechanical Engineering and Design Kaunas University of Technology Studentu str., 56-321 Kaunas, Lithuania

autor

Mystkowski A.

• Faculty of Mechanical Engineering Bialystok University of Technology ul. Wiejska 45C, 15-351 Bialystok, Poland

Bibliografia

• 1. Cornogolub A, Cottinet P J, Petit L. Analytical modeling of curved piezoelectric, Langevin-type, vibrating transducers using transfer matrices. Sensors and Actuators A-Physical 2014; 214: 120-133.
• 2. Glazounov A E, Zhang Q M, Kim C. Torsional actuator and stepper motor based on piezoelectric d15 shear response. Journal of intelligent material systems and structures 2000; 11: 456-468.
• 3. Lizhong X, Jichun X. Forced response of the inertial piezoelectric rotary motor to electric excitation. Journal of Mechanical Science and Technology 2015; 29: 4601-4610.
• 4. Morita T. Miniature piezoelectric motors. Sensors and Actuators A-Physical 2003; 103: 291-300.
• 5. Shine-Tzong H, Shan-Jay J. A piezoelectric motor for precision positioning applications. Precision Engineering 2016; 43: 285-293.
• 6. Shine-Tzong H, Wei-Hsuan C. A piezoelectric screw-driven motor operating in shear vibration modes. Journal of Intelligent Material Systems and Structures 2016; 27: 134-145.
• 7. Shupeng W, Zhihui Z, Luquan R, Hongwei Z, Yunhong L, Bing Z. Design and driving characteristic researches of a novel bionic stepping piezoelectric actuator with large load capacity based on clamping blocks. Microsystem Technologies 2015; 21: 1757-1765.
• 8. Wang D A, Nguyen H D. A planar Bézier profiled horn for reducing penetration force in ultrasonic cutting. Ultrasonics 2014; 54: 375-384.
• 9. Yingxiang L, Dongmei X, Zhaoyang Y, Jipeng Y, Xiaohui Y, Weishan C. A Novel Rotary Piezoelectric Motor Using First Bending Hybrid Transducers. Applied sciences 2015; 5: 472-484.
• 10. Yingxiang L, Xiaohui Y, Weishan C, Junkao L. A rotary piezoelectric actuator using longitudinal and bending hybrid transducer. AIP Advances 2012; 2: 042136.
• 11. Yu-Jen W, Yi-Cheng C, Sheng-Chih S. Design and analysis of a standing-wave trapezoidal ultrasonic linear motor. Journal of Intelligent Material Systems and Structures 2015; 26: 2295-2303.